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Tutorial MenueWellenoptikLerneinheit 14 von 23

Polarisationsmechanismen - Polarisation durch Streuung

Lichtstreuung in einer Milchemulsion

Was bedeutet Streuung?

Wir haben bereits eine Möglichkeit kennen gelernt, mit der sich das Licht einer Glühlampe linear polarisieren lässt. Dabei spielte die Streuung des Lichtes an künstlich hergestellten, langkettigen Molekülen einer Polarisationsfolie die entscheidende Rolle.

Streuung
Streuung an einem Objekt bedeutet, dass dieses zunächst durch eine ankommende elektromagnetische Welle zum Schwingen angeregt wird und diese anschließend wieder abstrahlt.

Hierbei gibt es verschiedene Streuprozesse, wie z.B. die Rayleigh- oder die Mie-Streuung.

Die lichtstreuenden Objekte müssen aber keineswegs künstlich hergestellt worden sein. Wir werden sehen, dass in der Natur schon immer Streuprozesse stattfinden, bei denen polarisiertes Licht entsteht (nur dass wir deren Vorhandensein ohne geeignete Hilfsmittel nicht mit unseren Sinnen wahrnehmen können, und sie uns deswegen bisher nur noch nicht aufgefallen sind).

Lichtstreuung in einer Milchemulsion - Der Versuch

Um dem Phänomen der Polarisation durch Streuung auf die Spur zu kommen, führen wir zunächst den wie folgt beschriebenen Versuch durch.

Der Versuchsaufbau besteht aus einem Glasbehälter, in welchem sich eine Milchemulsion befindet, die von einer gewöhnlichen Glühlampe durchstrahlt wird. Wir betrachten den Versuch jedoch nicht in Richtung des Strahlgangs, sondern senkrecht von der Seite, wie in der folgenden Abbildung veranschaulicht.

Abb.1
Versuchsaufbau aus seitlicher Ansicht
Abb.2
Foto vom Versuch "Streuung in einer Milchemulsion"

Wie wir bereits wissen, ist das Licht der benutzten Glühbirne unpolarisiert. Es wird an den Fetttröpfchen der Milch unter anderem auch in unsere seitliche Beobachtungsrichtung gestreut. Deswegen sehen wir überhaupt aus unserer Position den Lichtstrahl, der den Behälter durchquert.

Vergleichen Sie dies mit einer Situation, die Sie möglicherweise bereits selbst einmal erlebt haben: Je mehr Staubteilchen sich in einem Raum (Holzschuppen, Kohlenkeller, Dachspeicher) befinden, in den Sonnenstrahlen z.B. durch Ritzen in den Wänden hereinfallen, desto deutlicher können Sie die einzelnen Strahlverläufe erkennen. Würden die Staubteilchen fehlen, so erhielten Sie keinerlei Information über die Sonnenstrahlen, die den Raum durchqueren, weil Sie diese nicht mehr sehen können.

Arbeitsauftrag

Betrachten Sie nun das Video von der Versuchsdurchführung des Milchemulsionsversuches und beantworten Sie die folgenden Fragen:

  • Was passiert, wenn wir in unsere seitliche Beobachtungsrichtung den Polarisator einbringen und verdrehen?
  • Lässt sich anhand dieser Beobachtung eine Aussage über den Polarisationszustand des seitlich gestreuten Lichtes machen? Wenn ja, welche?
Abb.3

Richtig - beim Drehen des Polarisators lässt sich aus senkrecht-seitlicher Ansicht beobachten, wie die Helligkeit des Lichtes abnimmt, bis schließlich bei einem Drehwinkel von 90° komplette Dunkelheit herrscht. Was folgern wir aus dieser Beobachtung?

Das senkrecht-seitlich aus der Milchemulsion fallende Licht ist vollständig linear polarisiert.

Gilt diese Aussage auch für das aus dem Behälter in Strahlrichtung austretende Licht? Betrachten Sie dazu noch einmal das Ende des vorherigen Videos.

Abb.4

Die Antwort lautet: nein. Wir beobachten, dass die Helligkeit des den Polarisator passierenden Lichts in allen Stellungen gleich bleibt.

Das in Strahlrichtung durch den Behälter gefallene Licht ist unpolarisiert, genau wie vor dem Eintritt in die Emulsion.

Wenn Sie im Video genau hingesehen haben, konnten Sie erkennen, dass der Lichtstrahl aus der Seitenansicht betrachtet bläulich erscheint, während das in Strahlrichtung ausgetretene Licht rötlich gefärbt war. Dies kommt daher, dass die Blauanteile des weißen Lichtes viel stärker als die Rotanteile aus der Strahlrichtung seitlich herausgestreut wurden. Dafür ist speziell die hier stattfindende, wellenlängenabhängige Mie-Streuung verantwortlich.

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